Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов, практический подход (2-е изд., 2004) (1095888), страница 114
Текст из файла (страница 114)
Интерполяция 1:Э с и«пользованием многофазиых фильтров: а) содержимое линии задерж- ки в два различных момента взятия выборки «з и яы б) выходные выборки многофазных фильтров Глава 9. Цифровая обработка сип(алов при нескольких л(о) л(н) Мо) 6) Рие. 9.22. Реалнзання нн)ерноляннн ):3 иа ваза многофазныя фильтров 9.6. Преобрезовцние частоты дискретизации с использованием многофезного фильтра 667 И ) ггл) Г 1~ ~Р~-~М) го~( ) ' 6) Рне. 9,23.
Общая модель интерполяции на базе многофазнмх фильтров (панель а). Коммугативная модель реализации (панель б) 6) Рие. 9.24. Общм модель децимации на базе миогофазнмх фильтров (панель а). Комм)тативная модель реализации )панель б) 888 Глава 9. Цифровая обработка сигналов при нескольких скоростях 9.7. ПРйМВРВ!г ПРИМЕНЬНИЛ'.':'-:: -'.—,':: -"",=:==-';-::";!".-,'::.::"".,"„:::":':,,'.-",".:-.
Методы работы при нескольких скоростях ускорили развитие цифрового аудио. Например, в проигрывателях компакт-дисков они упрощают процесс цифроаналогового преобразования с подцержанием качества воспроизводимого звука. На передовом крае области цифровых аудиосистем была проделана значительная работа, чтобы объединить методы дельта-модуляции с обработкой при нескольких скоростях, что позволит получать высококачественные цифровые данные из аналоговых аудиосигналов. В число других областей, в которых используются методы обработки при нескольких скоростях, входит сбор высококачественных цифровых данных, спектральный анализ с высоким разрешением, а также разработка и реализация узкополосной цифровой фильтрации. Некоторые из подобных сфер применения обработки при нескольких скоростях описаны в следующих разделах.
9.7,'), Высококачественное аналого-циФровое преобразование в цифровом аудио В сфере цифрового аудио постоянно требуется повышать качество, разрешение и скорость АЦП. Это привело к разработке однобитовых АЦП с использованием методов дельта-сигма-модуляции. В результате появилвсь возможность полностью отказаться от процесса преобразования на входе цифровых аудиосистем большинства аналоговых схем, в том числе аналоговых фильтров защиты от наложения спектров и схем выборки-хранения.
Упрощенная блок-схема быстрого однобитового процесса аналого-цифрового преобразования показана на рис. 9.25 11, 12, !4). Аналоговый аудиосигнал сперва преобразуется в однобитовый поток с помощью дельта-сигма-модуляции с частотой 3,072 МГц. Затем однобитовый поток выбирается с понижением частоты до 48 кГц с помощью многокаскадного дециматора и формируются 16-битовые слова РСМ. В настоящее время можно легко приобрести АЦП„в которых используются методы с обработкой при нескольких скоростях, например, 16- и 18-битовые стерео АЦП от Сгузга! Беш)сопдпсгог (СБ5326, СБ5327, СБ5328, СБ5329) и Могого!а Беш)сопдпсгог (ПБР56А)3С16). Игг еаьтвеигм»- Деииматор мояувятор коя ром товий латок Ьан мгм 48 кга а-га «гм Рне.
Рдн упрапгеиная спок-екема однобитового Ацп 6.7. Примеры применения 669 Гс ма ва зс Рнс. 9.26. Воспроизведение аудиосигнала в проигрывателе компакт-дисков 9.7.2."'::,: Эффективное аналого-цифровое преобразование в высококачественных системах воспроизведения компакт-дисков Одним из первых серьезных приложений методов с обработкой при несюльких скоростях стало воспроизведение звука и музыки в проигрывателях компакт-дисюв. Рассмотрим рис. 9.26, на котором изображена схема восстановления аналогового аудиосигнала из цифрового сигнала, считываемого с компакт-диска. После декодирования и исправления ошибок цифровой сигнал имеет форму 16-битовых слов, представляющих акустическую информацию с частотой дискретизации 44,1 кГц.
Если эти цифровые коды непосредственно преобразовать в аналоговые, будут получены зеркальные полосы частот, центрированные на частотах, кратных частоте дискретизации 44,1 кГц. Хотя зеркальные частоты будут неслышны (они расположены вне полосы 0-20 кГц), при передаче нх на усилитель и громкоговоритель проигрывателя может произойти переполнение или же они могут стать причиной перекрестных помех. Следовательно, частотные составляющие вне полосы частот исходного сигнала следует подавить не менее чем на 50 дБ. Если для такого подавления использовать аналоговые фильтры, придется следовать очень строгим спецификациям, кроме того нужна будет точная настройка, обеспечивающая согласованность двух стереоканалов. Чтобы избежать указанных проблем, в проигрывателях компакт-дисков используется фильтрация с обработкой при нескольких скоростях.
Конкретнее, частота дискретизации данных с помощью интерполяции увеличивается в 4 раза до 176 кГц (4 х 44,1 кГцсс 176,4 кГц) перед подачей данных на ЦАП. Во временной области это выглядит как сигнал с более мелким масштабом. В частотной области зеркальные частоты теперь перенесены в диапазон более высоких частот, так что отфильтровать нх стало легче. Следовательно, после цифроаналоговою преобразования необходим только относительно простой фильтр нижних частот. При практической реализации цифровой фильтр вводит изменение характеристики по закону в1п(к)узх (см.
главу 2) для компенсации влияния схемы хранения, следующей за ЦАП. Коррекция характеристики по закону з1п(х)узз имеет положительный эффект подавления сигналов с обеих сторон частоты 174 кГц более чем на 18 дБ, что еще больше упрощает требования к филь- Вуб Глава В. Цифровая обработка сипалов лри нескольких скоростях грации аналоговых зеркальных юмпонентов. Для дополнительного подавления после интерполяции вводится простой фильтр Бесселя треп его порядка, имеющий частоту среза по уровню 3 дБ, равную 30 кГц, и линейную (в разумном приближении) фазовую характеристику в полосе пропускания.
Перевыборка данных с повышенной частотой также оказывает свое положительное влияние. Она снижает уровень шума, посюлысу шум квантования теперь распределен по более широкой полосе, что позволяет использовать ЦАП с меньшим числом битов и тем же отношением сигнал-шум, что и в 16-битовом ЦАП. Следовательно, на рис. 9.26 интерполированные данные в форме 16-битовых слов после перевыборки и формирования спектра шума перед подачей на 14-битовый ЦАП округляются до 14 бит.
На рынке существуют и другие цифроаналоговые преобразователи, в которых использована представленная выше концепция выборки с повышенной частотой. Примеры: цифроаналоговые преобразователи потока битов от Рйй)рз Сошропепзк (ЗАА7322, ЗАА7323, БАА7350). Пример 95: Для ослабления требований к аналоговому фильтру подавления зеркальных частот в цифровой аудиосистеме используется дискретизации с повышенной частотой. Ниже приведена общая спецификация фильтра, используемого в системе: полоса частот исходного сигнала 0-20 кГц, входная частота дискретизации Р, 44,1 кГц, выходная частота дискретизации 176,4 кГц, затухание в полосе подавления 50 дБ, неравномерность в полосе пропускания 0,5 дБ, ширина полосы перехода 2 кГц, граничная частота полосы подавления 22,05 кГц.
Разработайте подходящий иитерполятор. Решение Используя программу разработки системы с несколькимн скоростями обработки (на юмпакт-диске к книге 11Геас)зог, 200 Ц, подробности см. в предисловии), получаем приведенные ниже шаги интерполяции и характеристики фильтров для возможных интерполаторов с целыми шагами. Число Шаг Длина Нормированная Неравномерность Неравномерность каска- интер- фильтра, ширина полосы в полосе в полосе дов поляции, Е< М, перехода, Ь,Г» пропускаиия,с подавления,б, 1 4 146 0,04535 0,05925 0,00316 2 2 6 0,26162 0,0296 0,00316 2 83 0,27324 0,0296 0,00316 Внд системы с двухкаскадным интерполятором представлен на рис. 9.27, 97Д Примнры применения 6?1 44,1 крн ввдко 176,4 ко! Г " ' Г 1 [ ')2 ~ — ФИЧ [ 72~ — ФНЧ а(а) ! ! Им) 1 ! ! о Эо мд дкга) о 20 66,15 Лкса) 66,15 - 20 ага = — ' 176,4 -о,юа Врг 0,0296.
Всг 0,00316 Агг =6 44,1-20 дг'! 88,2 0,27324 Вр! 0.0796! Ва! 0,00316 и! -ВЭ Рис. 9.27. Даухкаскадныа интерпояятор на примера 9.5 ио ас- Бмстрми Зааоминаишсс она ьтр АЦП Дсаиматор Эснюаиао Рис. 9.28. Проспа система сбора данных с несюяькими сюростями обработки ',-.,9;:У.Э',:;,' Сбор высококачественных данных При сборе почти всех реальных данных требование незначительного наложения часто предписывает использовать относительно сложные аналоговые фильтры защиты от наложения спектров. В многоканальной системе каждый аналоговый канал должен соединяться с отдельным фильтром защиты от наложения спектров, поскольку уплотнить подобные фильтры довольно сложно.
В системе с большим, числом аналоговых каналов (например, в биомеднцине может требоваться до 32 каналов) использование аналоговых фильтров защиты от наложения спектров может быть очень дорогим. Применение более простых цифровых фильтров позволяет существенно снизить стоимосп системы. Более того, можно не рассматривать проблему согласования по фазе строго заданных аналоговых фильтров. Также снимается проблема поддержки нескольких частот дискретизации (а каждая частота дискретизации требует иной частоты среза) при использовании аналоговых фильтров зашиты от наложения спектров.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
